JP6180976B2 - Ion accelerator, ion acceleration control method, and particle beam therapy system - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、レーザを用いて生成させたイオンビームを加速するイオン加速器、イオンビームの加速制御方法及び加速されたイオンビームを患者の患部に照射して治療を行う粒子線治療装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to an ion accelerator that accelerates an ion beam generated using a laser, an ion beam acceleration control method, and a particle beam therapy system that performs treatment by irradiating an affected area of a patient with an accelerated ion beam. .
炭素イオン等で構成されるイオンビームを患者の患部(がん)に照射して治療を行う粒子線治療装置が広く知られるようになっている。 2. Description of the Related Art Particle beam therapy apparatuses that perform treatment by irradiating an affected area (cancer) of a patient with an ion beam composed of carbon ions or the like are widely known.
この粒子線治療装置では、イオン源から引き出されたイオンを線形加速器で加速させてイオンビームを生成し、シンクロトロン(円形加速器)で周回加速させ設定エネルギーまで高められたイオンビームをがん治療に用いる。 In this particle beam therapy system, ions extracted from an ion source are accelerated by a linear accelerator to generate an ion beam, and the ion beam that has been accelerated by a synchrotron (circular accelerator) and increased to the set energy is used for cancer treatment. Use.
イオンを発生させるイオン源においては、ガス中にマイクロ波や電子ビームを利用して放電を起こして、イオンを得る方法が知られている。 In an ion source that generates ions, a method is known in which ions are obtained by causing discharge in a gas using a microwave or an electron beam.
一般的に、がん治療用のイオン加速器には、ECR(Electron Cyclotron Resonance)イオン源(電子サイクロトロン共鳴イオン源)と呼ばれるイオン源が用いられている。この方法は、ガスを電離してプラズマを生成して、電界によりイオンを引き出すものである。 In general, an ion source called an ECR (Electron Cyclotron Resonance) ion source (electron cyclotron resonance ion source) is used in an ion accelerator for cancer treatment. In this method, gas is ionized to generate plasma, and ions are extracted by an electric field.
しかし、ECRイオン源から生成されるイオンビームは直流ビームとなり、引き出せる最大電流値に上限がある(通常、数百μA)。このため、シンクロトロンへのイオンビーム入射は、マルチターン入射と呼ばれる複数回入射方式を採用して、治療に必要なイオン数を確保している。 However, the ion beam generated from the ECR ion source is a direct current beam, and there is an upper limit on the maximum current value that can be extracted (usually several hundred μA). For this reason, the ion beam incidence to the synchrotron employs a multiple-time incidence method called multi-turn incidence to ensure the number of ions necessary for treatment.
一方、近年、レーザを用いてイオンビームを生成させるレーザイオン源の活用が広まってきている。このレーザイオン源は、レーザ光を固体ターゲットに集光照射して、レーザ光のエネルギーを用いてターゲット元素を蒸発・イオン化してプラズマを生成する。そして、プラズマ中に含まれるイオンをプラズマのまま輸送して、引出しの際に加速することでイオンビームを作り出すものである(例えば、特許文献1、2参照)。
On the other hand, in recent years, the use of laser ion sources that generate an ion beam using a laser has become widespread. This laser ion source condenses and irradiates laser light onto a solid target, and vaporizes and ionizes the target element using the energy of the laser light to generate plasma. Then, ions contained in the plasma are transported as they are in the plasma, and are accelerated at the time of extraction (for example, refer to
従来のECRイオン源では、直流的にイオンビームが引き出されるが、レーザイオン源ではピークの高いパルス(〜数μsec)ビームとなる。このレーザビームは、短パルス(〜数μsecのパルス幅)であるものの、ピーク電流がmAオーダーという大電流を引き出すことができる。また、高いエネルギーを有するレーザによってイオンを発生させるため、多価イオンの発生が可能となる。 In a conventional ECR ion source, an ion beam is drawn out in a direct current, but in a laser ion source, a pulse beam with a high peak (up to several μsec) is obtained. Although this laser beam is a short pulse (up to several μsec pulse width), a large current with a peak current of the order of mA can be extracted. Further, since ions are generated by a laser having high energy, multivalent ions can be generated.
このため、がん治療等に必要なイオン数を1パルスで確保できるため、シングルターン入射と呼ばれる1回入射方式の採用が可能となる。 For this reason, since the number of ions required for cancer treatment or the like can be ensured by one pulse, it is possible to adopt a single-injection method called single-turn injection.
ところで、シンクロトロン内に入射されたイオンビームは、バンチと呼ばれる塊になって周回加速される。 By the way, the ion beam incident on the synchrotron is accelerated into a circle called a bunch.
レーザイオン源を用いてパルス状の大電流ビームをシンクロトロンに入射する場合、シンクロトロン内で周回する電流値が一様でなく、時間的に分布した状態で周回加速される。このため、バンチ数が2以上となる場合、バンチごとの電流値に大きな偏りが生じ、電流値の高いバンチでは大きな空間電荷効果を発生させるという問題があった。 When a pulsed high-current beam is incident on a synchrotron using a laser ion source, the current value circulating in the synchrotron is not uniform, and the rotation is accelerated in a time-distributed state. For this reason, when the number of bunches is 2 or more, there is a problem that a large deviation occurs in the current value of each bunch, and a large space charge effect is generated in a bunch having a high current value.
この問題は、シンクロトロン上でイオンビームを安定的に周回加速させる上で機器の設計、構成を複雑なものとしていた。 This problem complicates the design and configuration of the instrument for stably accelerating the ion beam on the synchrotron.
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、シンクロトロンにおいてイオンビームを周回加速する際に、バンチごとの電流値のばらつきを抑制するイオン加速技術及び粒子線治療装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an ion acceleration technique and a particle beam therapy apparatus that suppress variation in current value of each bunch when the ion beam is orbitally accelerated in a synchrotron. With the goal.
本実施形態のイオン加速器は、レーザを用いてプラズマを生成させるレーザイオン源と、前記プラズマからイオンを引き出して加速させたイオンビームを出力する線形加速器と、前記イオンビームを円形軌道上で周回させるための偏向電磁石と前記円形軌道上を周回する前記イオンビームを加速させる高周波加速空洞とが設けられ、出力された前記イオンビームを入射させて周回加速させるシンクロトロンと、前記イオンビームを加速させずに前記シンクロトロンの前記円形軌道上を周回させる時間を無加速周回時間として設定する無加速周回時間設定部と、前記イオンビームが前記シンクロトロンに入射された後、前記無加速周回時間が経過した後に前記高周波加速空洞を起動させて前記イオンビームを前記周回加速させるシンクロトロン制御部と、を備えて、前記無加速周回時間は、入射された前記イオンビームが有するエネルギーのばらつきによって生じる周回時間差が前記イオンビームにおいて定格エネルギーを有するイオンの周回時間以上になるまで前記イオンビームを加速させずに周回させる時間であることを特徴とする。 The ion accelerator of this embodiment includes a laser ion source that generates plasma using a laser, a linear accelerator that outputs an ion beam that is accelerated by extracting ions from the plasma, and the ion beam circulates in a circular orbit. And a high-frequency acceleration cavity for accelerating the ion beam that circulates on the circular orbit, and a synchrotron that makes the output ion beam incident and circulates and accelerates, without accelerating the ion beam A non-accelerated lap time setting unit for setting a time for circulating on the circular orbit of the synchrotron as a non-accelerated lap time, and the non-accelerated lap time has elapsed after the ion beam is incident on the synchrotron A synchrotron that activates the high-frequency acceleration cavity later to accelerate the ion beam It comprises a control unit, wherein the non-acceleration circulation time, the ion beam until circulating time difference due to the variation of energy with the ion beam incident becomes more circulation time of the ions having a nominal energy in the ion beam It is a time to go around without accelerating .
本実施形態のイオン加速制御方法は、イオンビームを円形軌道上で周回させるための偏向電磁石と前記円形軌道上を周回する前記イオンビームを加速させる高周波加速空洞とが設けられ、前記イオンビームを入射させて周回加速させるシンクロトロンを用いて、レーザを用いてプラズマを生成させるステップと、前記プラズマからイオンを引き出して加速させたイオンビームを出力するステップと、前記イオンビームを加速させずに前記シンクロトロンの前記円形軌道上を周回させる時間を無加速周回時間として設定するステップと、前記イオンビームが前記シンクロトロンに入射された後、前記無加速周回時間が経過した後に前記高周波加速空洞を起動させて前記イオンビームを前記周回加速させるステップと、を含んで、前記無加速周回時間は、入射された前記イオンビームが有するエネルギーのばらつきによって生じる周回時間差が前記イオンビームにおいて定格エネルギーを有するイオンの周回時間以上になるまで前記イオンビームを加速させずに周回させる時間であることを特徴とする。 The ion acceleration control method of the present embodiment is provided with a deflection electromagnet for circulating an ion beam on a circular orbit and a high-frequency acceleration cavity for accelerating the ion beam circulating on the circular orbit, and makes the ion beam incident A step of generating plasma using a laser using a synchrotron that is circulated and accelerated, a step of outputting an ion beam accelerated by extracting ions from the plasma, and the synchrotron without accelerating the ion beam A step of setting a time for the tron to circulate on the circular orbit of the tron as a non-accelerated lap time; wherein the step of said orbiting accelerated ion beam, a Nde containing Te, the free acceleration circulation That while is the time to orbit without accelerating the ion beam to a higher circulation time of the ions having a nominal energy in circulation time difference due to the variation of energy with the ion beam incident said ion beam Features.
本発明によれば、シンクロトロンにおいてイオンビームを周回加速する際に、バンチごとの電流値のばらつきを抑制するイオン加速技術及び粒子線治療装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when accelerating an ion beam in a synchrotron, the ion acceleration technique and particle beam therapy apparatus which suppress the dispersion | variation in the electric current value for every bunch are provided.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に示すように本実施形態に係るイオン加速器10は、レーザを用いてプラズマを生成させるレーザイオン源11と、プラズマからイオンを引き出して加速させたイオンビームを出力する線形加速器12と、イオンビームを円形軌道上で周回させるための偏向電磁石17と円形軌道上を周回するイオンビームを加速させる高周波加速空洞22とが設けられ、出力されたイオンビームを入射させて周回加速させるシンクロトロン16と、イオンビームを加速させずに円形軌道上を周回させる時間を無加速周回時間として設定する無加速周回時間設定部28と、イオンビームがシンクロトロン16に入射された後、無加速周回時間が経過した後に高周波加速空洞22を起動させてイオンビームを周回加速させるシンクロトロン制御部27と、を備える。
なお、図1はシンクロトロン16の構成を例示したものであり、各構成の配置、数量は図1に限定されるものでは無い。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, an
1 illustrates the configuration of the
レーザイオン源11では、固体ターゲットに対してレーザ光を集光照射させる。そして、レーザ光のエネルギーにより固体ターゲットの元素が蒸発しイオン化することでプラズマが生成される。
In the
線形加速器12は、レーザイオン源11に連結されており、レーザイオン源11から生成されたプラズマを導入してイオンを引き出す。そして、引き出したイオンを加速させたイオンビームの出力を行う。出力されたイオンビームは、ドリフトチューブ線形加速器13を用いて所定のエネルギーまで高められる。
The
入射ビーム輸送系15は、輸送軌道上にイオンビームの軌道を変更させるための偏向電磁石14が設けられており、ドリフトチューブ線形加速器13から出力されたイオンビームをシンクロトロン16まで輸送する。
The incident
シンクロトロン16は、入射ビーム輸送系15から入射されたイオンビームを周回加速させて必要なエネルギーまで高めるための円形加速器である。
The
シンクロトロン16には、円形状に配置され、入射されたイオンビームを偏向させて円形軌道上を周回させるための偏向電磁石17と、円形軌道上を周回するイオンビームを加速させる高周波加速空洞22とが設けられている。
The
シンクロトロン16には、イオンビームの入射位置近傍に入射用静電セプタム20が配置され、さらに入射イオンビームが周回軌道と交差する位置に入射用キッカー電磁石21が設置されている。これら入射用静電セプタム20及び入射用キッカー電磁石21が、イオンビーム入射時に起動(励磁)されることにより、入射ビーム輸送系15からシンクロトロン16に入射されたイオンビームが周回軌道上に乗せられる。
In the
また、シンクロトロン16には、イオンビームの収束をコントロールする4極電磁石18、クロマティシティ(色収差)補正用の6極電磁石19等が各所に配置されてイオンビームの周回を補助する。
Further, the
必要なエネルギーまで加速されたイオンビームは、出射用バンプ電磁石、セプタム(図示省略)を用いて出射ビーム輸送系23から取り出される。そして、出射ビーム輸送系23を介してシンクロトロン16外部に設置された照射装置まで輸送されて、がん治療等に利用される。
The ion beam accelerated to the required energy is taken out from the outgoing
制御装置24は、イオンビームの出力、シンクロトロン16での周回加速、そしてイオンビームの取り出しまでの一連の動作を同期させて制御するものである。
The
制御装置24は、レーザイオン源11でレーザ照射を開始させて、線形加速器12からのビーム出力を制御する入射ビーム制御部25と、イオンビームの出力情報に基づいてシンクロトロン16への入射タイミングをシンクロトロン制御部27に送信するタイミング制御部26と、シンクロトロン16でのイオンビームの周回加速及びイオンビームの取り出しを制御するシンクロトロン制御部27と、シンクロトロン16でイオンビームを加速させずに周回させる時間を無加速周回時間として設定する無加速周回時間設定部28と、を備えている。
The
図2のタイミングチャートを用いて、イオン加速器10の制御動作を具体的に説明する(適宜、図1参照)。
入射ビーム制御部25は、レーザイオン源11でレーザ照射を開始させて、短パルスのイオンビームを線形加速器12から出力させる。
The control operation of the
The incident
シンクロトロン制御部27は、イオンビーム入射のタイミングをタイミング制御部26から受信して、入射用キッカー電磁石21を励磁してイオンビームを周回軌道上に乗せる。
The
シンクロトロン制御部27は、イオンビーム入射のタイミングから無加速周回時間が経過するまで、高周波加速空洞22を起動しないで、すなわちイオンビームを加速せずに周回軌道させる。
The
そして、無加速周回時間が経過した後、高周波加速空洞22を起動(励磁)して、イオンビームを周回加速させる。
Then, after the non-acceleration circulation time has elapsed, the high-
シンクロトロン制御部27は、シンクロトロン16で加速状態を維持し、イオンビームが設定エネルギーに到達した際に出射ビーム輸送系23からビームの取り出しを実行する。そして、不要なイオンビームは減速、除去されて、新たなイオンビームの出力が実行される。
The
なお、レーザイオン源11からのイオンビームは短パルス大電流ビームとなる。このため、シンクロトロン16への入射は、1回の制御動作について、パルス状のイオンビームを単発で入射するシングルターン入射が可能となる。
The ion beam from the
シンクロトロン16へ複数回のビーム入射を行うマルチターン入射の場合は、イオンビームのそれぞれが同じ軌道に入射しないように、入射用バンプ電磁石等を周回軌道上に設置してイオンビームの軌道をずらす必要がある。 In the case of multi-turn incidence in which the beam is incident on the synchrotron 16 a plurality of times, the ion beam trajectory is shifted by installing an incident bump electromagnet on the circular orbit so that each ion beam does not enter the same orbit. There is a need.
このように、シンクロトロン16へのイオンビームの入射をシングルターン入射とすることで、入射用バンプ電磁石等のマルチターン入射に必要な機器が低減することができる。
In this way, by making the ion beam incident on the
続いて、イオンビームを加速せずに周回させる無加速周回時間を設ける効果について説明する。 Next, the effect of providing a non-accelerated circulation time for circulating the ion beam without accelerating it will be described.
図3は、イオンビームを無加速で周回させた場合における、イオンビームにおける電流値の分布変化を示す図である。図3(A)は入射イオンビームの電流値の時間変化を示しており、図3(B)はシンクロトロン16で加速せずにイオンビームを周回させた後の電流値の時間変化を示している。
FIG. 3 is a diagram showing a change in the distribution of current values in the ion beam when the ion beam is circulated without acceleration. FIG. 3A shows the time change of the current value of the incident ion beam, and FIG. 3B shows the time change of the current value after the ion beam is circulated without being accelerated by the
なお、ここでは、シンクロトロン16へ入射されるビームのパルス幅が、イオンビームにおいて定格エネルギーE0を持つイオンの周回時間t0より短い場合について検討する。
Here, a case where the pulse width of the beam incident on the
なお、ビームパルス幅の定義は、例えばパルスの半値幅(Full Width Half Mean:FWHM)の2倍、標準偏差の2σ、イオンビームを構成する粒子の90%が含まれるパルスの幅等が考えられる。 The definition of the beam pulse width may be, for example, twice the half width of the pulse (Full Width Half Mean: FWHM), 2σ of the standard deviation, and the width of a pulse including 90% of the particles constituting the ion beam. .
入射イオンビームは、定格エネルギーE0に対してE0±ΔEのばらつきが許容されている。このエネルギーのばらつきによって周回速度の差が生じ、周回時間はt0±Δtのばらつきを有する。つまり、入射イオンビームにおいて、2Δtの周回時間差が生じることになる。 The incident ion beam is allowed to vary by E 0 ± ΔE with respect to the rated energy E 0 . This energy variation causes a difference in circulation speed, and the circulation time has a variation of t 0 ± Δt. That is, there is a 2Δt orbital time difference in the incident ion beam.
イオンビームが、シンクロトロン16の周回を繰り返して周回距離が増加するにつれて、最初の周回で2Δtであった周回時間差は周回を重ねるごとに大きくなっていく。そして、周回時間差が大きくなるにつれて、イオンビームの電流値のピーク値は低下して、イオンビームは平坦化されていく。
As the ion beam repeats the circulation of the
そして、入射されたイオンビームが有するエネルギーのばらつきによって生じる周回時間差が定格エネルギーE0を持つイオンの周回時間t0と等しくなった場合、つまりイオンビームがt0/(2Δt)回周回した場合、イオンビームは周回時間t0に一様に分布することになる。 Then, when the lap time difference caused by the energy variation of the incident ion beam becomes equal to the lap time t 0 of the ion having the rated energy E 0 , that is, when the ion beam circulates t 0 / (2Δt), ion beam will be uniformly distributed in the circumferential time t 0.
このように、無加速周回時間を設けることにより、入射イオンビームが有するエネルギーのばらつきにより生じる周回時間差が大きくなるため、イオンビームの電流値のばらつきを平坦化することができる。 Thus, by providing the non-accelerated circulation time, the difference in the circulation time caused by the variation in energy of the incident ion beam becomes large, so that the variation in the current value of the ion beam can be flattened.
図4は、シンクロトロン16で加速せずにイオンビームを周回させた場合における、イオンビームの電流値の分布変化を示すシミュレーション結果である。
図4(A)は入射イオンビームの電流値の時間変化を示し、図4(B)は無加速周回時間を0.5m(s)に設定した場合における電流値の時間変化を示し、図4(C)は無加速周回時間を1m(s)に設定した場合における電流値の時間変化を示している。
FIG. 4 is a simulation result showing the distribution change of the current value of the ion beam when the ion beam is circulated without being accelerated by the
4A shows the time change of the current value of the incident ion beam, and FIG. 4B shows the time change of the current value when the non-accelerated circulation time is set to 0.5 m (s). (C) shows the time change of the current value when the non-accelerated lap time is set to 1 m (s).
ここでは、入射ビームのパルス幅(FWHM)は5e−7(s)、定格エネルギーE0を有するイオンの周回時間を2.2e−6(s)とする。そして、定格エネルギーE0を4MeV/u、エネルギーの広がりを±0.2%(エネルギーの広がりは一様と仮定)としてシミュレーションを行っている。 Here, the incident beam of pulse width (FWHM) is 5e -7 (s), and 2.2e -6 (s) the circulation time of the ions having a nominal energy E 0. The simulation is performed with the rated energy E 0 as 4 MeV / u and the energy spread as ± 0.2% (assuming that the energy spread is uniform).
無加速周回時間T=0.5msec(220周後)で電流のピーク値は入射時の約60%となる(図4(B))。そして、無加速周回時間T=1msec(440周後)でほぼ一様に分布する(図4(C))。 The non-accelerated lap time T = 0.5 msec (after 220 laps), the current peak value is about 60% of the incident time (FIG. 4B). And it distributes substantially uniformly in the non-accelerated lap time T = 1 msec (after 440 laps) (FIG. 4C).
図5は、本実施形態に係るイオンビームの加速制御方法を示すフローチャートである(適宜、図1参照)。 FIG. 5 is a flowchart showing an ion beam acceleration control method according to the present embodiment (see FIG. 1 as appropriate).
入射ビーム制御部25は、レーザイオン源11でレーザ照射を開始させて、短パルスのイオンビームを線形加速器12から出力させる(S10)。そして、出力されたイオンビームは、入射ビーム輸送系15を介してシンクロトロン16に入射される(S11)。
The incident
シンクロトロン制御部27は、イオンビーム入射のタイミングから無加速周回時間が経過するまで、高周波加速空洞22を起動しないでイオンビームを加速せずに周回させる(S12、S13:NO)。
The
無加速周回時間が経過した後、高周波加速空洞22を起動(励磁)して、イオンビームを周回加速させる(S13:YES、S14)。
After the non-acceleration lap time has elapsed, the high-
シンクロトロン制御部27は、シンクロトロン16で加速状態を維持して、イオンビームが設定エネルギーに到達した際に出射ビーム輸送系23からイオンビームの取り出しを実行する(S15)。
The
このように、シンクロトロン16でイオンビームを加速せずに周回することで、入射イオンビームの有するエネルギーばらつきによって生じる周回時間差が大きくなっていき、イオンビームの電流値のばらつきは平坦化される。これにより、イオンビームを加速させた際に、バンチごとの電流値の差を小さく抑えることが可能となる。
As described above, when the ion beam is circulated without being accelerated by the
さらに、図3で示したように、無加速周回時間を、入射イオンビームの有するエネルギーのばらつきによって生じる周回時間差がイオンビームにおいて定格エネルギーを有するイオンの周回時間以上となるように設定することで、イオンビームは周回時間内に一様に分布する。これにより、イオンビームを加速させた際に、バンチごとのイオン電流値の偏りを無くすことが可能となる。 Furthermore, as shown in FIG. 3, by setting the non-accelerated lap time so that the lap time difference caused by the energy variation of the incident ion beam is equal to or greater than the lap time of ions having the rated energy in the ion beam, The ion beam is uniformly distributed within the circulation time. Thereby, when the ion beam is accelerated, it is possible to eliminate the bias of the ion current value for each bunch.
図6は、本実施形態に係るイオン加速器10が適用された粒子線治療装置32の一例を示す構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an example of the particle beam therapy system 32 to which the
粒子線治療装置32は、イオン加速器10、出射ビーム輸送系23、照射装置29を備えている。
The particle beam therapy system 32 includes an
イオン加速器10で加速されたイオンビームが、出射ビーム輸送系23を介して取り出され照射装置29に輸送される。そして、治療台31に横臥された患者30が照射装置29に挿入され、患者30の患部にイオンビームが照射されて治療が行われる。
The ion beam accelerated by the
本実施形態に係るイオン加速器10を適用することにより、構成機器の低減やイオンビームの制御が容易な粒子線治療装置32を実現できる。
By applying the
以上に述べたイオン加速器によれば、シンクロトロンに入射されたイオンビームを所定の時間加速せずに周回させた後にイオンビームを周回加速させることにより、イオンビームを周回加速させる際に生じ得る、バンチごとの電流値のばらつきを抑制することができる。 According to the ion accelerator described above, the ion beam can be circulated without accelerating the ion beam incident on the synchrotron for a predetermined time, and can be generated when the ion beam is circulated and accelerated. Variations in the current value for each bunch can be suppressed.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…イオン加速器、11…レーザイオン源、12…線形加速器、13…ドリフトチューブ線形加速器、14…偏向電磁石、15…入射ビーム輸送系、16…シンクロトロン、17…偏向電磁石、18…4極電磁石、19…6極電磁石、20…入射用静電セプタム、21…入射用キッカー電磁石、22…高周波加速空洞、23…出射ビーム輸送系、24…制御装置、25…入射ビーム制御部、26…タイミング制御部、27…シンクロトロン制御部、28…無加速周回時間設定部、29…照射装置、30…患者、31…治療台、32…粒子線治療装置。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記プラズマからイオンを引き出して加速させたイオンビームを出力する線形加速器と、
前記イオンビームを円形軌道上で周回させるための偏向電磁石と前記円形軌道上を周回する前記イオンビームを加速させる高周波加速空洞とが設けられ、出力された前記イオンビームを入射させて周回加速させるシンクロトロンと、
前記イオンビームを加速させずに前記シンクロトロンの前記円形軌道上を周回させる時間を無加速周回時間として設定する無加速周回時間設定部と、
前記イオンビームが前記シンクロトロンに入射された後、前記無加速周回時間が経過した後に前記高周波加速空洞を起動させて前記イオンビームを前記周回加速させるシンクロトロン制御部と、を備えて、
前記無加速周回時間は、入射された前記イオンビームが有するエネルギーのばらつきによって生じる周回時間差が前記イオンビームにおいて定格エネルギーを有するイオンの周回時間以上になるまで前記イオンビームを加速させずに周回させる時間であることを特徴とするイオン加速器。 A laser ion source for generating plasma using a laser;
A linear accelerator that outputs an ion beam accelerated by extracting ions from the plasma;
A bending electromagnet for circulating the ion beam on a circular orbit and a high-frequency acceleration cavity for accelerating the ion beam orbiting the circular orbit are provided. With Tron,
A non-accelerated orbiting time setting unit that sets a time for orbiting the circular orbit of the synchrotron without accelerating the ion beam as an unaccelerated orbiting time;
A synchrotron control unit that activates the high-frequency acceleration cavity after the non-accelerated circulation time has elapsed after the ion beam is incident on the synchrotron, and accelerates the ion beam in a circular manner; and
The non-acceleration lap time is the time for the ion beam to circulate without accelerating until the lap time difference caused by variations in the energy of the incident ion beam is equal to or greater than the lap time of ions having the rated energy in the ion beam. ion accelerator characterized in that it.
レーザを用いてプラズマを生成させるステップと、
前記プラズマからイオンを引き出して加速させた前記イオンビームを出力するステップと、
前記イオンビームを加速させずに前記シンクロトロンの前記円形軌道上を周回させる時間を無加速周回時間として設定するステップと、
前記イオンビームが前記シンクロトロンに入射された後、前記無加速周回時間が経過した後に前記高周波加速空洞を起動させて前記イオンビームを前記周回加速させるステップと、を含んで、
前記無加速周回時間は、入射された前記イオンビームが有するエネルギーのばらつきによって生じる周回時間差が前記イオンビームにおいて定格エネルギーを有するイオンの周回時間以上になるまで前記イオンビームを加速させずに周回させる時間であることを特徴とするイオン加速制御方法。 A deflecting electromagnet for circulating an ion beam on a circular orbit and a high-frequency acceleration cavity for accelerating the ion beam circulating on the circular orbit are provided. ,
Generating a plasma using a laser;
Outputting the ion beam accelerated by extracting ions from the plasma;
Setting the time to circulate on the circular orbit of the synchrotron without accelerating the ion beam as a non-accelerated lap time;
After the ion beam is incident on the synchrotron, the steps of the activates the high-frequency accelerating cavity wherein is circulating accelerating the ion beam after the no-acceleration circulation time has passed, the Nde including,
The non-acceleration lap time is the time for the ion beam to circulate without accelerating until the lap time difference caused by variations in the energy of the incident ion beam is equal to or greater than the lap time of ions having the rated energy in the ion beam. ion acceleration control wherein the at.
前記イオン加速器により加速されたイオンビームを取り出して輸送する出射ビーム輸送系と、
前記出射ビーム輸送系を介して案内された前記イオンビームを、患者の患部に照射する照射装置と、を備えることを特徴とする粒子線治療装置。 The ion accelerator according to claim 1 or 2 ,
An outgoing beam transport system that takes out and transports an ion beam accelerated by the ion accelerator;
A particle beam therapy system comprising: an irradiation device that irradiates an affected area of a patient with the ion beam guided through the outgoing beam transport system.
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